石油化工裝置幾種典型采樣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要：采樣在分析化驗(yàn)中起著及其重要的作用。本文著重從設(shè)計(jì)角度討論如何根據(jù)各種介質(zhì)的特性實(shí)現(xiàn)安全、環(huán)保采樣。在選擇采樣流程時(shí)，應(yīng)首先考慮樣品的溫度、壓力、物態(tài)、粘度、毒性，然后根據(jù)文中所述原則綜合考慮，才能選出合適的采樣方法。

關(guān)鍵詞：石油化工;化工裝置;采樣;設(shè)計(jì)

分析結(jié)果的準(zhǔn)確與否，首先需要考慮的是所取的樣品是否具有代表性，如果樣品是真實(shí)的，那么再考慮分析方法所選是否合適、所用儀器是否滿足要求、操作是否得當(dāng)?shù)龋虼?，采樣在化?yàn)專業(yè)的設(shè)計(jì)中有著非常重要的作用。那么我們?nèi)绾卧O(shè)計(jì)采樣系統(tǒng)，才能保證采樣人員安全的取到真實(shí)的有代表性的樣品呢？本文的重點(diǎn)是從安全、環(huán)保、代表性方面探討采樣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在探討這個(gè)問(wèn)題前，我們得了解我們的采樣人員在采樣的過(guò)程中會(huì)遇到哪些危險(xiǎn)，只有知道這些潛在的危險(xiǎn)，我們才能在采樣系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候采取針對(duì)性地防范措施。

石油化工中的樣品，有固體、液體和氣體。不同的樣品，具有不同的物理和化學(xué)特性，有的有毒，有的易燃，有的易爆，有的易腐蝕，有的高溫，有的高壓。凡此種種，都是依物質(zhì)的性質(zhì)和特定的場(chǎng)所決定的，這里我們不討論采樣人員自身素質(zhì)造成的不安全性，只討論采樣系統(tǒng)設(shè)計(jì)是否能滿足安全、環(huán)保和有代表性的要求。下面我們從最簡(jiǎn)單的采樣系統(tǒng)，由淺入深，由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，通過(guò)幾個(gè)典型取樣設(shè)計(jì)案例談?wù)劜蓸酉到y(tǒng)的設(shè)計(jì)。

1 無(wú)毒、無(wú)嗅和不易燃液體和氣體采樣系統(tǒng)

在國(guó)內(nèi)的許多石油化工裝置中，經(jīng)常會(huì)看到圖一中所示的采樣系統(tǒng)。這種采樣系統(tǒng)為了采到有代表性的樣品，采樣時(shí)直接把兩個(gè)閥門打開(kāi)，讓樣品充分置換，等到將死體積樣品置換完，進(jìn)行采樣。

這種采樣系統(tǒng)設(shè)計(jì)，對(duì)無(wú)毒、無(wú)嗅和不易燃液體和氣體，我們認(rèn)為是合理的，安全的。如果上面的介質(zhì)溫度超過(guò)60℃，上面這種采樣系統(tǒng)設(shè)計(jì)就存在采樣人員被燙傷的安全隱患。所以我們?cè)诓沙^(guò)60℃的上述樣品時(shí)，就應(yīng)該考慮消除介質(zhì)燙傷采樣人員的問(wèn)題。一般我們采取的措施是加采樣冷卻器，目的是讓樣品溫度降到一個(gè)安全的溫度。具體見(jiàn)圖二：

2 有毒、易燃、易爆、對(duì)人體有害的物料采樣系統(tǒng)

圖一、圖二的采樣系統(tǒng)在采樣的時(shí)候，必須將采樣管線中滯留的不流動(dòng)的物料排掉，這樣才能從工藝管道中獲得有代表性的樣品，而且采樣管和采樣容器之間完全是敞開(kāi)的，暴露在大氣中的，有害氣體就會(huì)直接揮發(fā)出來(lái)，污染環(huán)境，甚至危害操作人員的身體健康和生命安全。

根據(jù)以上分析我們能得到一個(gè)結(jié)論，要解決有毒有害物料對(duì)采樣人員的安全威脅，采樣系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)就得解決以下幾個(gè)問(wèn)題：

①在零排放的情況下，采到有代表性的樣品;②采樣管和采樣容器之間不能敞開(kāi)。

根據(jù)以上分析，我們提供了兩個(gè)采樣設(shè)計(jì)流程（一個(gè)是有毒有害液體物料采樣圖三，一個(gè)是有毒有害氣體物料采樣圖四）見(jiàn)下圖：

采樣的過(guò)程見(jiàn)下圖中紅色箭頭所示。

圖三所示采樣流程是為有毒有害液體物料采樣設(shè)計(jì)的密閉采樣系統(tǒng)。工藝來(lái)的樣品從采樣系統(tǒng)的介質(zhì)入口進(jìn)入，流經(jīng)采樣閥，通過(guò)介質(zhì)入口進(jìn)入工藝管道，這樣樣品就在工藝管道和采樣系統(tǒng)中形成一個(gè)大的循環(huán)，保證液體物料在采樣前一直處于流動(dòng)的狀態(tài)（介質(zhì)入口壓力需高于介質(zhì)出口壓力）。輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)采樣閥，流動(dòng)的液體樣品就進(jìn)入采樣瓶。由于樣品一直處于流動(dòng)狀態(tài)，所以采到的樣品是新鮮的、真實(shí)的、又代表性的。采樣瓶在設(shè)計(jì)時(shí)瓶口是密封的（一般用軟硅膠密封，具體采用啥材料需根據(jù)介質(zhì)的特性確定）。進(jìn)樣管是針狀的，穿透密封墊進(jìn)入采樣瓶。另外采樣閥還自帶一根放空管，和進(jìn)樣管一樣是是針狀的，穿透密封墊進(jìn)入采樣瓶，目的是讓瓶?jī)?nèi)的廢氣排到活性炭罐，避免排入大氣，污染環(huán)境。當(dāng)采樣瓶從進(jìn)樣管中取下來(lái)時(shí)，采樣瓶上的軟硅膠墊會(huì)自動(dòng)密封。當(dāng)然這里的密封墊是要定期更換的，時(shí)間長(zhǎng)了，密封墊會(huì)泄露，建議每次采完樣品后就更換密封墊。采完樣品后，在進(jìn)樣管的管璧上會(huì)殘留樣品，為了下次采樣不被污染，我們?cè)O(shè)計(jì)了氮?dú)獯祾呦到y(tǒng)，通過(guò)氮?dú)獍褮埩粼诓蓸庸芄荑瞪系臉悠反档讲蓸悠恐小?/p>

樣品的采樣的整個(gè)過(guò)程見(jiàn)上圖的四個(gè)狀態(tài)。

由此可見(jiàn)，這種采樣方式在采樣過(guò)程中，采樣人員至始至終不會(huì)接觸到樣品的，樣品也不會(huì)排出到大氣環(huán)境中，保證了采樣的安全性、環(huán)保性和樣品的真實(shí)性。

圖四所示采樣流程是為有毒有害氣體物料采樣設(shè)計(jì)的密閉采樣系統(tǒng)。工藝來(lái)的樣品從采樣系統(tǒng)的介質(zhì)入口進(jìn)入，流經(jīng)采樣三通閥，通過(guò)采樣瓶經(jīng)介質(zhì)入口進(jìn)入工藝管道，這樣樣品就在工藝管道和采樣瓶中形成一個(gè)大的循環(huán)，保證樣品在工藝管道和采樣瓶之間不停的置換（介質(zhì)入口壓力需高于介質(zhì)出口壓力）。關(guān)閉采樣瓶?jī)啥说拈y門，輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)采樣三通閥，采樣瓶?jī)啥碎y后的樣品就排到火炬線，樣品就采到了采樣瓶中。采樣瓶?jī)啥耸怯脦ё悦芊獾目焖俳宇^把采樣瓶和采樣系統(tǒng)連接起來(lái)的，采完樣品后，把采樣瓶從采樣系統(tǒng)取下來(lái)，完成一次采樣。

樣品的采樣的整個(gè)過(guò)程見(jiàn)上圖的兩個(gè)狀態(tài)。

這種采樣系統(tǒng)采樣過(guò)程中，采樣人員同樣不會(huì)接觸到樣品的，樣品也不會(huì)排出到大氣環(huán)境中，保證了采樣的安全性、環(huán)保性和樣品的真實(shí)性。

如果氣體或液體樣品溫度比較高（比如高于60℃），我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)可以在介質(zhì)入口的地方加上采樣冷卻器，讓樣品的溫度降到安全溫度后再進(jìn)行采樣。

3 壓力較高的有毒有害的液體采樣系統(tǒng)

有的化工物料在管道中壓力比較高，采樣的時(shí)候，流體的流速不好控制，尤其是液體采樣。為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們采用下面的采樣系統(tǒng)，具體詳見(jiàn)下圖所示：

高壓液體采樣系統(tǒng)

我們先讓流體在工藝管道和固定體積容器內(nèi)充分置換，然后切換采樣閥，讓流體和工藝系統(tǒng)分離，這樣就把流體單獨(dú)隔離在固定體積的容器中。然后打開(kāi)氮?dú)獯祾呦到y(tǒng)，物料依靠自身的重量緩緩的流入采樣瓶，最后打開(kāi)吹掃系統(tǒng)，將殘留的樣品吹進(jìn)采樣瓶。這樣的采樣方式可以避免工藝系統(tǒng)的高壓帶來(lái)對(duì)采樣瓶的沖擊，既能很好地控制流量，又能避免高壓對(duì)采樣人員帶來(lái)的意外傷害，實(shí)現(xiàn)了固定體積采樣和無(wú)壓采樣的雙重好處。采用過(guò)程見(jiàn)下圖的兩個(gè)狀態(tài)。

4 綜述

總的來(lái)說(shuō)，衡量一種采樣系統(tǒng)的好壞，必須滿足以下條件：

①所采到的樣品需具有代表性：系統(tǒng)是否具備密閉置換功能，一般情況下，如果樣品能充分置換，均能取到有代表性樣品;②采樣系統(tǒng)的安全性需可靠：a.能避免操作人員吸入揮發(fā)性有機(jī)氣體和有毒蒸汽;b.能避免操作人員和樣品直接接觸（比如樣品是否會(huì)噴濺到操作人員）;c.能減少操作人員因采樣時(shí)造成的意外（比如高溫、高壓）;③采樣時(shí)需滿足環(huán)保要求;④能節(jié)省成本：a.能減少每次因置換而造成的原料及成品損失;b.能減少每次廢料的處理成本和維修費(fèi)用;c.能提高采樣效率，節(jié)省人力。

本文介紹了幾種比較典型的有代表性的采樣系統(tǒng)，事實(shí)上采樣系統(tǒng)種類繁多，不同廠家生產(chǎn)的采樣系統(tǒng)都具有不同的特點(diǎn)。關(guān)鍵是我們要學(xué)會(huì)如何根據(jù)樣品的特性選擇合適的產(chǎn)品，從而滿足我們分析化驗(yàn)及安全環(huán)保的需要。

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作者簡(jiǎn)介：

劉偉龍（1974- ），男，民族：漢族，籍貫：陜西榆林，學(xué)歷：大學(xué)本科，畢業(yè)院校：延安大學(xué)，研究方向：化工取樣設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)，職稱/職務(wù)：高級(jí)工程師/分析化驗(yàn)組長(zhǎng)，作者單位名：華陸工程科技有限責(zé)任公司，省市：陜西省西安市。